JP5532192B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に複数スイッチから構成される電力変換器の高電力密度化またはパワー集積回路を実現する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device that realizes a high power density or power integrated circuit of a power converter composed of a plurality of switches.

図2〜5は、従来の2レベル電力変換回路の構成図であり、図2は三相インバータ、図3は単相インバータ、図4はDC/DCコンバータ、図5は三相−三相電力変換器を示している。いずれの場合も、直流電源電圧Vdcを6個乃至4個乃至2個の半導体素子のオンオフで2レベルに切り換え、さらにその出力に受動フィルタを接続することにより、三相乃至単相の交流出力や直流出力を得るものである。このような2レベル電力変換回路を対象にして、従来の電力変換器の高電力密度化は、その体積を減少させることにより達成され、その方法は、(1)電力変換装置の損失を低減して冷却装置体積を小型化する、(2)スイッチング周波数を増加させ、インダクタやコンデンサにより構成される受動フィルタ等の受動部品体積を小型化する、の2通りであった(非特許文献1、2参照)。しかし、2レベル電力変換回路は高調波が必ず含まれるために、受動フィルタが不可欠であり、スイッチング周波数の増加は半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失を増大して冷却装置が増大するため、高電力密度化に限界が生じる。   2 to 5 are configuration diagrams of a conventional two-level power conversion circuit. FIG. 2 is a three-phase inverter, FIG. 3 is a single-phase inverter, FIG. 4 is a DC / DC converter, and FIG. 5 is a three-phase to three-phase power. The converter is shown. In either case, the DC power supply voltage Vdc is switched to two levels by turning on or off 6 to 4 or 2 semiconductor elements, and a passive filter is connected to the output to thereby provide a three-phase to single-phase AC output or DC output is obtained. For such a two-level power conversion circuit, the increase in power density of the conventional power converter is achieved by reducing its volume, and the method includes (1) reducing the loss of the power conversion device. The volume of the cooling device is reduced, and (2) the switching frequency is increased and the volume of the passive component such as a passive filter including an inductor and a capacitor is reduced (Non-Patent Documents 1 and 2). reference). However, since a two-level power conversion circuit always includes harmonics, a passive filter is indispensable. An increase in switching frequency increases switching loss that occurs during switching of a semiconductor element and increases the cooling device. There is a limit to power density.

高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘導電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こして半導体素子損失増加および電磁ノイズの原因となる。該電磁ノイズは、ゲートドライブ回路の誤動作、電力変換器に接続するモータの絶縁劣化やベアリングの電食を引き起こす等様々な問題を発生させる。したがって、スイッチング周波数を増加させないで、受動フィルタ除去および半導体素子損失低減を同時に達成する高電力密度電力変換回路が必要になる。   Driving the power conversion device with a high switching frequency causes an induced voltage due to the parasitic inductance of the main circuit wiring and a displacement current due to the parasitic capacitance, leading to increased semiconductor element loss and electromagnetic noise. The electromagnetic noise causes various problems such as malfunction of the gate drive circuit, deterioration of insulation of the motor connected to the power converter, and electric corrosion of the bearing. Therefore, there is a need for a high power density power conversion circuit that simultaneously achieves passive filter removal and semiconductor element loss reduction without increasing the switching frequency.

高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動により、電力変換回路のコモンモード電圧が振動するため、周囲の機器に悪影響を及ぼす。このため、コモンモードチョークコイルやEMIフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となる。   Driving the power conversion device with a high switching frequency vibrates the common mode voltage of the power conversion circuit, which adversely affects surrounding equipment. For this reason, a noise suppression filter such as a common mode choke coil or an EMI filter is required.

スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの除去を実現するため、図6〜図8に示すマルチレベル電力変換器のレベル数mを増加させて、電力変換器自体の出力電圧の高調波含有率を低減する方法が挙げられる(特許文献1参照)。マルチレベル電力変換器の出力電圧高調波成分はレベル数の増加とともに減少し、17レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は5%以内、25レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は3%以内、35レベルでは出力相電圧は2%以内となる。このことにより、レベル数mを増加させることで受動フィルタが不要となる。しかし、17レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり32個、逆並列ダイオード数は32個、25レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり48個、逆並列ダイオード数は48個、35レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり68個、逆並列ダイオード数は68個となるため、電力変換器主回路および主回路スイッチに接続するゲートドライブ回路が大規模になり、電力変換器の実装が困難となる。   In order to realize the removal of the passive filter without increasing the switching frequency, the level m of the multi-level power converter shown in FIGS. 6 to 8 is increased, and the harmonic content of the output voltage of the power converter itself is increased. The method of reducing is mentioned (refer patent document 1). The output voltage harmonic component of the multi-level power converter decreases as the number of levels increases. At 17th level, the overall distortion factor of the output phase voltage is within 5%. At 25th level, the overall distortion factor of the output phase voltage is within 3%. At the 35th level, the output phase voltage is within 2%. This eliminates the need for a passive filter by increasing the number m of levels. However, the number of semiconductor elements of the 17 level power converter is 32 per phase, the number of antiparallel diodes is 32, the number of semiconductor elements of the 25 level power converter is 48 per phase, the number of antiparallel diodes is 48, Since the number of semiconductor elements in a 35-level power converter is 68 per phase and the number of antiparallel diodes is 68, the power converter main circuit and the gate drive circuit connected to the main circuit switch become large-scale, and power conversion It becomes difficult to mount the vessel.

図6〜図8はそれぞれマルチレベル電力変換回路の代表的な方式であり、図6はダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図7はフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図8はカスケード接続型マルチレベル電力変換器の三相インバータを示している。それぞれ三相インバータを示しているが、三相のAC/DC電力変換、単相インバータ、単相のAC/DC電力変換、DC/DCコンバータ,AC/ACコンバータとして構成し、使用することも可能である。   6 to 8 are representative systems of the multilevel power conversion circuit, respectively, FIG. 6 is a three-phase inverter of a diode clamp type multilevel power converter, and FIG. 7 is a three phase of a flying capacitor type multilevel power converter. Inverter, FIG. 8 shows a three-phase inverter of a cascaded multilevel power converter. Although each shows a three-phase inverter, it can also be configured and used as a three-phase AC / DC power conversion, single-phase inverter, single-phase AC / DC power conversion, DC / DC converter, AC / AC converter It is.

図6〜図8に示すマルチレベル電力変換回路は、個々のスイッチング半導体素子に対してゲート駆動回路を必要とするため、レベル数が増えるとともにゲートドライブ回路が増える。図6〜8に示すmレベル電力変換回路では一相あたり(2m−2)個のゲートドライブ回路を必要とする。   The multilevel power conversion circuits shown in FIGS. 6 to 8 require a gate drive circuit for each switching semiconductor element, so that the number of levels increases and the number of gate drive circuits increases. The m-level power conversion circuit shown in FIGS. 6 to 8 requires (2m−2) gate drive circuits per phase.

図9は、従来のマルチレベル電力変換回路の一相の構成図であり、直列に接続されるスイッチと各スイッチに接続されるゲートドライバおよび専用電源を示している。直列に接続される各スイッチの低電位側の電位は、スイッチごとに異なるため、専用電源はそれぞれ絶縁を取る必要がある。このため、専用電源にはトランス等が用いられるため、集積化が困難となる。   FIG. 9 is a one-phase configuration diagram of a conventional multilevel power conversion circuit, showing a switch connected in series, a gate driver connected to each switch, and a dedicated power source. Since the potential on the low potential side of each switch connected in series is different for each switch, each dedicated power source needs to be insulated. For this reason, since a transformer or the like is used as the dedicated power source, integration becomes difficult.

LSI技術を用いたワンチップパワーICやインテリジェントパワーモジュール(IPM)が開発され、様々な分野で応用されている。前記技術を用いたゲートドライブ回路を備える集積化2レベル電力変換器が提案されているが、マルチレベル電力変換器において増加するゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたパワー集積回路は提案されていない。   One-chip power ICs and intelligent power modules (IPMs) using LSI technology have been developed and applied in various fields. An integrated two-level power converter including a gate drive circuit using the above technology has been proposed, but a power integrated circuit including an isolated power source for a gate drive circuit that increases in the multi-level power converter has not been proposed.

特開2007−325480号公報JP 2007-325480 A Y. Hayashi, K. Takao, K. Adachi, and H. Ohashi, “DesignConsideration for High Output Power Density (OPD) Converter Based on Power-LossLimit Analysis Method,” in Proc. CD-ROM, EPE, 2005.Y. Hayashi, K. Takao, K. Adachi, and H. Ohashi, “DesignConsideration for High Output Power Density (OPD) Converter Based on Power-LossLimit Analysis Method,” in Proc. CD-ROM, EPE, 2005. M. Tsukuda, I. Omura, W Saito, and T. Ogura, “Demonstration of HighOutput Power Density (30W/cc) Converter using 600V SiC-SBD and Low ImpedanceGate Driver,” in Proc. CD-ROM, IPEC Niigata, 2005.M. Tsukuda, I. Omura, W Saito, and T. Ogura, “Demonstration of HighOutput Power Density (30W / cc) Converter using 600V SiC-SBD and Low ImpedanceGate Driver,” in Proc. CD-ROM, IPEC Niigata, 2005 .

上述の2レベル電力変換器を用いた高電力密度化電力変換装置は、スイッチング周波数を増加させてフィルタの小型化を図るため、半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失が増大し、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。   Since the above-described high power density power conversion device using the two-level power converter increases the switching frequency to reduce the size of the filter, the switching loss generated during switching of the semiconductor element increases. The limit comes to high power density.

高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こし、また電力変換回路のコモンモード電圧の振動を引き起こすため、大量の電磁ノイズを発生する。このため、コモンモードチョークコイルやEMIフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となり、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。   Driving a power converter with a high switching frequency causes induced voltage due to parasitic inductance in the main circuit wiring and displacement current due to parasitic capacitance, and also causes oscillation of the common mode voltage of the power converter circuit, which generates a large amount of electromagnetic noise. . For this reason, a noise suppression filter such as a common mode choke coil or an EMI filter is required, and there is a limit to increasing the power density of the power converter.

高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、電磁ノイズを大量に発生するため、該電力変換装置に接続されるモータの高速回転を実現することができず、モータの高出力密度化に限界が訪れる。   Driving a power conversion device with a high switching frequency generates a large amount of electromagnetic noise, so that high-speed rotation of the motor connected to the power conversion device cannot be realized, and there is a limit to increasing the output density of the motor. .

上記手法とは全く異なった手法、即ち、スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの小型化を達成することで、高密度化電力変換器を実現することが提案されているが(特許文献1参照)、ゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたマルチレベル電力変換回路による電力変換装置の高電力密度化またはパワー集積回路の提案はされていない。   It has been proposed to realize a high-density power converter by completely reducing the passive filter without increasing the switching frequency, that is, a technique completely different from the above technique (see Patent Document 1). However, no proposal has been made for increasing the power density of a power conversion device using a multi-level power conversion circuit including an insulated power source of a gate drive circuit or for a power integrated circuit.

ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、スイッチを多数使った電力変換装置は実現されていない。また、ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、受動フィルタなしで相電圧のひずみ率が10%以下の電力変換装置は実現されていない。 It requires a dedicated power supply constituted by a transformer or the like in the insulating power of the gate drive circuit, in the following output power capacity of several 10kVA of the power converter, the power converter using a number of switches have not been realized. In addition, since a dedicated power source composed of a transformer or the like is required for the insulated power source of the gate drive circuit, when the output power capacity of the power converter is several tens kVA or less, the distortion factor of the phase voltage is 10% or less without a passive filter. A power converter is not realized.

ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、ノイズ抑制フィルタなしで周囲に電磁ノイズの影響を及ぼさない電力変換装置は実現されていない。   Since a dedicated power source composed of a transformer or the like is required for the insulated power source of the gate drive circuit, if the output power capacity of the power converter is several tens of kVA or less, power conversion that does not affect the surrounding electromagnetic noise without a noise suppression filter The device has not been realized.

本発明は、係る問題点を解決するため、各ゲートドライブ回路に個別の専用電源を使用せずに各ゲートドライブ回路に電源の供給を実現することを目的としている。   In order to solve such problems, an object of the present invention is to realize power supply to each gate drive circuit without using a separate dedicated power supply for each gate drive circuit.

本発明は、上記課題を解決し上記目的を達成するために、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、各々第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
更に、本発明は、前記第1インターフェース回路は単一の第1コンデンサから構成され、かつ、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれブートストラップ回路により構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、前記第1コンデンサの一端と前記第1インターフェース回路の第1の電源供給端子と前記第2インターフェース回路を構成する前記ブートストラップ回路内の第2ダイオードのアノードに接続された第1の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子接続、かつ、前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の接地側端子に接続し、j番目(ただし、j=2〜2m−3)の第jインターフェース回路を構成するブートストラップ回路内の第jダイオードのカソードと第jコンデンサと第jゲートドライバの電源入力との接続点に接続された第2の電源供給端子を第(j+1)インターフェース回路を構成するブートストラップ回路内の第(j+1)ダイオードのアノードに接続された第1の電源供給端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to solve the above problems and achieve the above object, the present invention provides a number of conversion levels configured by connecting (2m-2) switches in series, each of which is composed of a first switch to a (2m-2) switch. m main circuit, the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence to the first gate driver to the (2m-2) gate driver, and the first switch to The first and second power supply terminals respectively connected to the (2m-2) switch and the first to (2m-2) gate drivers in a one-to-one correspondence. interface circuits, second (2m-2) and the discrete gate drive unit that does not require a dedicated power supply composed of an interface circuit, one of the common power supply comprising a high-voltage side terminal and the ground terminal, the first gate driver To ~ the second (2m-2) gate driver, to have a signal output unit supplies the signals separately taking insulation.
Further, according to the present invention, the first interface circuit is composed of a single first capacitor, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are each composed of a bootstrap circuit ,
The discrete gate drive unit is connected to the anode of the second diode in the bootstrap circuit constituting a first power supply pin and the second interface circuit of the one end and the first interface circuit of the first capacitor first and a power supply terminal connected to the high-voltage side terminal of the common power source, and connect the other end of the first capacitor to the ground pin of the co power, j-th (where, j = 2-2m-3) a second power supply terminal connected to a connection point between the cathode of the jth diode, the jth capacitor and the power input of the jth gate driver in the bootstrap circuit constituting the jth interface circuit. the connection to the (j + 1) th first power supply terminal connected to the anode of the (j + 1) th diodes in the bootstrap circuit constituting the interface circuit Accordingly, power is separately supplied from the shared power source to the first gate driver to the (2m-2) gate driver connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. Is a configuration to supply,
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition, the main circuit and the individual gate drive unit are used in common .

本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタを使わず、また低損失化による冷却装置の小型化を図り、従来の2レベル電力変換装置の限界であった電力変換装置の高電力密度化を提供する。   The present invention realizes a power conversion device or a power integrated circuit using the above-described multilevel power converter, thereby avoiding the use of a passive filter and reducing the size of the cooling device by reducing the loss. It is possible to increase the power density of the power conversion device, which was the limit of the above.

本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタなしで相電圧ひずみ率が10%以下の電力変換装置を提供する。   The present invention provides a power conversion device having a phase voltage distortion rate of 10% or less without a passive filter by realizing a power conversion device or a power integrated circuit using the multilevel power converter.

本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、ノイズ抑制フィルタを必要としない、電磁ノイズが非常に少ない電力変換装置を提供する。   The present invention provides a power conversion device that does not require a noise suppression filter and has very little electromagnetic noise by realizing the power conversion device or power integrated circuit using the multilevel power converter.

本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を提供することにより、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流による電磁ノイズをなくし、ゲートドライブ回路の誤動作や、電力変換装置に接続するモータの絶縁劣化およびベアリングの電食等様々な問題を起こさない電力変換装置を提供する。   The present invention eliminates electromagnetic noise due to induced voltage due to parasitic inductance of main circuit wiring and displacement current due to parasitic capacitance by providing the power conversion device or power integrated circuit using the multi-level power converter, and causes malfunction of the gate drive circuit. And a power conversion device that does not cause various problems such as deterioration of insulation of a motor connected to the power conversion device and electrolytic corrosion of a bearing.

本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、該変換装置に接続されるモータの高速回転を実現し、モータの高出力密度化を提供する。   The present invention realizes a high-speed rotation of a motor connected to the conversion device by realizing the power conversion device or the power integrated circuit using the multilevel power converter, and provides a high output density of the motor.

以下、複数スイッチを使ったマルチレベル電力変換器を例として説明するが、本発明では、これに限定されず、直流から交流、交流から直流、直流から直流、交流から交流を変換するあらゆる電力変換装置、および多重化、多並列化の電力変換装置、さらにこれらを組み合わせた電力変換装置としても適用することができる。   Hereinafter, a multi-level power converter using a plurality of switches will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and any power conversion that converts DC to AC, AC to DC, DC to DC, and AC to AC The present invention can also be applied to a device, a multiplexed and multi-parallel power conversion device, and a power conversion device combining these.

(一相のマルチレベル電力変換回路)
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、第1から第(2m−2)スイッチ(メインスイッチ)の直列接続1により構成される変換レベル数mのマルチレベル電力変換回路の一相である。複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。
(One-phase multi-level power conversion circuit)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows one phase of a multi-level power conversion circuit having a conversion level number m constituted by a series connection 1 of first to (2m-2) th switches (main switches). An individual gate drive unit 2 that does not require a dedicated power source composed of a gate driver and an interface circuit connected to each of a plurality of switches, a common power source 3 that supplies power to these gate drive units, and each signal from the signal source A signal output unit 4 is provided which takes insulation and transmits a signal to a gate driver connected to each switch.

図1は、第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1により構成される変換レベル数mのマルチレベル電力変換回路の一相である。この一相を2並列にすることで単相のマルチレベル電力変換回路を実現する。また、この一相を3並列にすることで三相のマルチレベル電力変換回路を実現する。また、この一相を6並列にすることで三相交流から三相交流に変換するマルチレベル電力変換回路を実現する。   FIG. 1 shows one phase of a multi-level power conversion circuit having a conversion level number m constituted by a series connection 1 of first to (2m−2) th switches. A single-phase multilevel power conversion circuit is realized by paralleling one phase into two. In addition, a three-phase multilevel power conversion circuit is realized by paralleling one phase into three. In addition, a multi-level power conversion circuit that converts three-phase alternating current into three-phase alternating current by implementing six parallel one phases is realized.

図1に示したように、各インターフェース回路はそれぞれ電源供給端子を備えている。各インターフェース回路は、その電源供給端子を、詳細は後述するように、他の電源供給端子、及び共用電源と接続することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、これらの電源供給端子を第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1により構成される主回路と接続することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、これらの電源供給端子を他の電源供給端子、共用電源、主回路を接続することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。共用電源は0または1または(2m−2)未満の複数用いることで、インターフェース回路を介してゲートドライバ部に電力を供給する。主回路とは第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1により構成されており、電力変換装置の入出力間の電力を扱う部分である。   As shown in FIG. 1, each interface circuit has a power supply terminal. Each interface circuit supplies power to the gate driver unit by connecting its power supply terminal to another power supply terminal and a common power supply, as will be described in detail later. Further, by connecting these power supply terminals to the main circuit constituted by the serial connection 1 of the first to (2m-2) th switches, power is supplied to the gate driver unit. Further, by connecting these power supply terminals to other power supply terminals, a common power supply, and a main circuit, power is supplied to the gate driver unit. By using a common power supply of 0, 1 or a plurality of less than (2m−2), power is supplied to the gate driver unit via the interface circuit. The main circuit is constituted by a serial connection 1 of first to (2m-2) switches, and is a part that handles power between the input and output of the power converter.

インターフェース回路とは、それぞれ1または複数の電源供給端子を備え、これらの接続により共用電源3または第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1からゲートドライバ部に電力を供給する回路である。インターフェース回路の詳細は後述するが(図12〜図36参照)、インターフェース回路に2レベルでも使用されるブートストラップ回路を適用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用されるチャージポンプ回路を適用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用されるブートストラップ回路およびチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路から電源を供給する、自己給電方式を適用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路を併用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路から電源を供給する、自己給電方式とチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバ部に電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路とチャージポンプ回路を併用することでゲートドライバ部に電源を供給する。   The interface circuit is a circuit that includes one or a plurality of power supply terminals, and supplies power to the gate driver unit from the shared power supply 3 or the series connection 1 of the first to (2m-2) switches through these connections. . Although details of the interface circuit will be described later (see FIGS. 12 to 36), power is supplied to the gate driver unit by applying a bootstrap circuit that is used at two levels to the interface circuit. Further, by applying a charge pump circuit that is used even at two levels to the interface circuit, power is supplied to the gate driver unit. Further, by using a bootstrap circuit and a charge pump circuit that are also used at two levels for the interface circuit, power is supplied to the gate driver unit. In addition, power is supplied to the gate driver unit by applying a self-power feeding method in which power is supplied from the main circuit that is used even at two levels for the interface circuit. Further, the gate driver unit is supplied with power by using a self-feeding method and a bootstrap circuit that supply power from a main circuit that is also used at two levels for the interface circuit. In addition, the power supply is supplied to the gate driver unit by using the self-feeding method and the charge pump circuit which supply power from the main circuit which is also used at two levels for the interface circuit. Further, power is supplied to the gate driver unit by using a self-power-feed method, a bootstrap circuit, and a charge pump circuit that supply power from a main circuit that is also used at two levels for the interface circuit.

図1に示したように、本発明の電力変換装置は信号源を備えている。信号源と各スイッチに接続するゲートドライバを接続し、間で信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバに信号を伝達する。この信号絶縁は、レベルシフト回路または磁気カップリングまたは光絶縁により取ることができる(詳細は図37〜図42参照)。   As shown in FIG. 1, the power converter of the present invention includes a signal source. A signal is transmitted to each gate driver by connecting a signal source and a gate driver connected to each switch and providing signal insulation therebetween. This signal isolation can be achieved by a level shift circuit, magnetic coupling, or optical isolation (see FIGS. 37 to 42 for details).

図1に示した電力変換装置は、全体を1つのチップとして集積化する。また、複数のチップに分けて集積化し、基板に載せて実装する。また、電力変換装置の一部分を集積化し、集積化した部分と個別の部品を基板上で組み合わせて実装する。これらの集積化は、シリコン、窒化ガリウム、炭化珪素、ダイヤモンド等の1つの材料または複数の材料を組み合わせて実現する。   The power converter shown in FIG. 1 is integrated as a single chip. Also, it is divided into a plurality of chips, integrated, and mounted on a substrate. Also, a part of the power conversion device is integrated, and the integrated part and individual components are combined and mounted on the substrate. These integrations are realized by combining one material or a plurality of materials such as silicon, gallium nitride, silicon carbide, and diamond.

(単相マルチレベル電力変換器)
図10は、図1に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を2並列にし、単相マルチレベル電力変換器としたものである。図10は、第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1と5、複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。ゲートドライバ部2と6は相ごとに必要となるが、共用電源3はゲートドライバ部2と6で共用することが可能なため、直列スイッチを2並列にし、単相マルチレベル電力変換器としても共用電源の数を増加する必要はない。
(Single-phase multi-level power converter)
FIG. 10 shows a single-phase multilevel power converter in which two phases of the plurality of series switches and the gate driver unit shown in FIG. 1 are arranged in parallel. FIG. 10 shows a series connection 1 and 5 of first to (2m-2) switches, and an individual gate drive unit 2 that does not require a dedicated power source composed of a gate driver and an interface circuit connected to each of a plurality of switches. And 6, a common power source 3 for supplying power to the gate drive unit, and a signal output unit 4 for isolating each signal from the signal source and transmitting the signal to a gate driver connected to each switch. The gate driver units 2 and 6 are required for each phase. However, since the shared power source 3 can be shared by the gate driver units 2 and 6, two series switches are used in parallel, so that a single-phase multilevel power converter can be used. There is no need to increase the number of shared power supplies.

(三相マルチレベル電力変換器)
図11は、図1に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を3並列にし、三相マルチレベル電力変換器としたものである。図11は、第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1と5と7、複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6と8、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源3はゲートドライバ部2と6と8で共用することが可能なため、直列スイッチを3並列にし、三相マルチレベル電力変換器としても共用電源の数を増加する必要はない。
(Three-phase multi-level power converter)
FIG. 11 shows a three-phase multilevel power converter in which a plurality of series switches and a gate driver unit shown in FIG. FIG. 11 shows individual gate drives that do not require a dedicated power source composed of a series connection 1 and 5 and 7 of first to (2m-2) switches, a gate driver connected to each of a plurality of switches, and an interface circuit. Parts 2, 6 and 8, a common power supply 3 for supplying power to these gate drive parts, and a signal output part 4 for isolating each signal from the signal source and transmitting the signal to the gate driver connected to each switch I have. A gate driver is required for each phase, but since the shared power supply 3 can be shared by the gate drivers 2, 6 and 8, three series switches are used in parallel, and it is shared as a three-phase multilevel power converter. There is no need to increase the number of power supplies.

(ゲートドライバへの電源供給例1)
図12は、図1に示したマルチレベル変換回路において、1つの共用電源9から、第1〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ介して全ての第1〜第(2m−2)ゲートドライバへと電源供給を可能にするマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。図12に示すマルチレベル電力変換器は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、各々2つの電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、一つの共用電源9と、第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部(信号源及び信号絶縁部からなる)とを有する構成である。
ここで、上記個別ゲートドライブ部は、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路が電源供給端子10と電源供給端子13を備え、j番目(ただし、j=2〜2m−3)の第jスイッチに接続される第jインターフェース回路が2つの電源供給端子を備え、共用電源9は高圧側端子12及び接地側端子11を備える。第1インターフェース回路の電源供給端子10と共用電源9の接地側端子11を接続し、共用電源の高圧側端子12と第1インターフェース回路の電源供給端子13と第2インターフェース回路の電源供給端子14を接続する。さらに、第2インターフェース回路の電源供給端子15と上段の電源供給端子を接続していくことで、1つの共用電源9から、第1〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ介して全ての第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example of power supply to the gate driver 1)
FIG. 12 shows all the first to (2m-2) gate drivers from one shared power supply 9 through the first to (2m-2) interface circuits, respectively, in the multilevel conversion circuit shown in FIG. A multi-level power converter gate drive circuit that enables power supply to The multi-level power converter shown in FIG. 12 includes a main circuit having a conversion level number m, in which (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) th switch are connected in series. A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, the first switch to the (2m-2) switch, and the first switch The first interface circuit to the (2m-2) th gate circuit each having two power supply terminals connected to the 1st gate driver to the (2m-2) th gate driver in a one-to-one correspondence. A separate gate drive unit that does not require a dedicated power source, a single common power source 9, and a first gate driver to a (2m-2) th gate driver are separately insulated and supplied with signals separately. A configuration and a signal output unit (consisting of a signal source and the signal isolation unit).
Here, in the individual gate drive unit, the first interface circuit connected to the first switch includes the power supply terminal 10 and the power supply terminal 13, and the jth (where j = 2 to 2m−3) jth. The j-th interface circuit connected to the switch includes two power supply terminals, and the common power source 9 includes a high-voltage side terminal 12 and a ground-side terminal 11. The power supply terminal 10 of the first interface circuit is connected to the ground side terminal 11 of the common power supply 9 , the high voltage side terminal 12 of the common power supply 9 , the power supply terminal 13 of the first interface circuit, and the power supply terminal 14 of the second interface circuit. Connect. Furthermore, to continue to connect the power supply terminal 15 and the upper power supply terminal of the second interface circuit, from one common power supply 9, all through the first to (2m-2) interface circuits each of the first It is possible to supply power from the first gate driver to the (2m-2) th gate driver.

図13は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図12に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路とは、ダイオードの整流作用により、変換回路内部に複数の電圧源を持つ、マルチレベル電力変換回路である。また、ブートストラップ回路とは、ダイオードとコンデンサの組み合わせにより、低圧側の電源またはコンデンサから高圧側のコンデンサに電荷を充電する回路である。1つの共用電源16(図12の共用電源9に相当)から、第2インターフェース回路のブートストラップ回路を構成するダイオード17を介してコンデンサ18を充電し、第2ゲートドライバへと電源を供給する。同様に直列に並んでいる第3〜第(2m−2)インターフェ―ス回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路内の各ダイオードを介して共用電源16および下段のインターフェース回路のブートストラップ回路内のコンデンサから上段のインターフェース回路のブートストラップ回路内のコンデンサを充電する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側電位の変動により、低圧側から上段にあるインターフェース回路内のコンデンサに電荷を充電でき、インターフェース回路内に能動素子が不要になり、1つの共用電源1から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。なお、図12で説明したように第2〜第(2m−2)インターフェ―ス回路のそれぞれは2つの電源供給端子を有し、図13において、一つの電源供給端子が第2〜第(2m−2)インターフェース回路を構成するブートストラップ回路内の各ダイオードのアノードに接続され、もう一つの電源供給端子がダイオードとコンデンサとの接続点に接続されている。 FIG. 13 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 12 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. The diode clamp type multi-level power conversion circuit is a multi-level power conversion circuit having a plurality of voltage sources inside the conversion circuit due to the rectification action of the diode. The bootstrap circuit is a circuit that charges a high-voltage capacitor from a low-voltage power supply or capacitor by a combination of a diode and a capacitor. The capacitor 18 is charged from one shared power supply 16 (corresponding to the shared power supply 9 in FIG. 12) through the diode 17 constituting the bootstrap circuit of the second interface circuit , and the power is supplied to the second gate driver. Similarly, the capacitors in the bootstrap circuit of the shared power supply 16 and the interface circuit in the lower stage are connected to each other through the diodes in the bootstrap circuit constituting the third to (2m-2) interface circuits arranged in series. To charge the capacitor in the bootstrap circuit of the upper interface circuit . As a result, the capacitor in the interface circuit in the upper stage can be charged from the low voltage side due to the fluctuation of the low voltage side potential of each main switch due to the switching of the main circuit, and no active element is required in the interface circuit. The power supply can be supplied from the power supply 16 to all the gate drivers. As described with reference to FIG. 12, each of the second to (2m-2) interface circuits has two power supply terminals. In FIG. 2m-2) Connected to the anode of each diode in the bootstrap circuit constituting the interface circuit, and another power supply terminal is connected to the connection point between the diode and the capacitor.

図14は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図12に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路とは、複数のコンデンサにより、変換回路内部に複数の電圧源を持つマルチレベル電力変換回路である。1つの共用電源16から、ダイオード17を介してコンデンサ18を充電し、第2ゲートドライバへと電源を供給する。同様に直列に並んでいるダイオードを介して共用電源16および下段のコンデンサから上段のコンデンサを充電する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側電位の変動により、低圧側から上段にあるインターフェース回路内のコンデンサに電荷を充電でき、インターフェース回路内に能動素子が不要になり、1つの共用電源16から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 14 shows a flying capacitor type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 12 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. The flying capacitor type multi-level power conversion circuit is a multi-level power conversion circuit having a plurality of voltage sources inside the conversion circuit by a plurality of capacitors. The capacitor 18 is charged from one shared power supply 16 through the diode 17 and the power is supplied to the second gate driver. Similarly, the upper capacitor is charged from the shared power supply 16 and the lower capacitor through the diodes arranged in series. As a result, the capacitor in the interface circuit in the upper stage can be charged from the low voltage side due to the fluctuation of the low voltage side potential of each main switch due to the switching of the main circuit, and no active element is required in the interface circuit. It is possible to supply power from the power supply 16 to all gate drivers.

(ゲートドライバへの電源供給例2)
図15は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源19乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子21と第2インターフェース回路の電源供給端子22と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子23と共用電源19の接地側端子20を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子25と第2インターフェース回路の電源供給端子26と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子27と共用電源19の高圧側端子24を接続する。これにより、1つの共用電源19から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example of power supply to the gate driver 2)
FIG. 15 is a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to one shared power supply 19 or another interface circuit. The power supply terminal 21 of the first interface circuit, the power supply terminal 22 of the second interface circuit, the power supply terminal 23 of the (2m-2) interface circuit, and the ground side terminal 20 of the common power supply 19 are connected, and the first interface circuit to the power supply terminal 25 connected to the power supply terminal 26 of second interface circuit high pressure side terminal 24 of the (2m-2) interface circuit of the power supply terminal 27 and the common power supply 19. As a result, power can be supplied from one shared power supply 19 to all gate drivers via each interface circuit.

図16は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図15に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路で実現したものである。チャージポンプ回路とは、内部に備える能動素子のスイッチングにより、低圧側の電源またはコンデンサから高圧側のコンデンサを充電する回路である。1つの共用電源28から、チャージポンプ回路29を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の各ゲートドライバもチャージポンプ回路を介して電源が供給される。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、1つの共用電源1から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 16 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 15 is realized by a charge pump circuit including a diode, a capacitor, and a semiconductor switch. The charge pump circuit is a circuit that charges a high-voltage side capacitor from a low-voltage side power supply or a capacitor by switching of an active element provided therein. Power is supplied from one shared power supply 28 to the second gate driver via the charge pump circuit 29. Similarly, power is supplied to the other gate drivers via the charge pump circuit. As a result, the capacitor from the low voltage side to the high voltage side can be charged without being affected by the potential fluctuation on the low voltage side of each main switch due to switching of the main circuit, and one common power source 1 can be charged regardless of the operation of the main circuit. Enables power supply to all gate drivers.

図17は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図15に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路で実現したものである。1つの共用電源28から、チャージポンプ回路29を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の各ゲートドライバもチャージポンプ回路を介して電源が供給される。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、1つの共用電源28から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 17 shows a flying capacitor type multi-level power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 15 is realized by a charge pump circuit composed of a diode, a capacitor, and a semiconductor switch. Power is supplied from one shared power supply 28 to the second gate driver via the charge pump circuit 29. Similarly, power is supplied to the other gate drivers via the charge pump circuit. As a result, the capacitor from the low voltage side to the high voltage side can be charged without being affected by the potential fluctuation on the low voltage side of each main switch due to switching of the main circuit, and one common power supply 28 can be charged regardless of the operation of the main circuit. Enables power supply to all gate drivers.

(ゲートドライバへの電源供給例3)
図18は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源30乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子32と共用電源30の接地側端子31を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子34と第2インターフェース回路の電源供給端子35から第mインターフェース回路の電源供給端子36までを共用電源30の高圧側端子33接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子37と上段の第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子38までを接続する。これにより、1つの共用電源30から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 3 of power supply to the gate driver)
FIG. 18 is a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to one shared power supply 30 to another interface circuit. The power supply terminal 32 of the first interface circuit and the ground side terminal 31 of the common power supply 30 are connected, and the power supply terminal 34 of the first interface circuit and the power supply terminal 35 of the second interface circuit to the power supply terminal of the mth interface circuit. until 36 connected to the high pressure side terminal 33 of the common power supply 30. Further, the power supply terminal 37 of the m-th interface circuit and the power supply terminal 38 of the upper (2m-2) -th interface circuit are connected. As a result, power can be supplied from one shared power supply 30 to all the gate drivers via each interface circuit.

図19は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図18に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。1つの共用電源39から、ブートストラップ回路40を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第mゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続されるブートストラップ回路41内のコンデンサ42から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源39から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 19 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 18 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from one shared power supply 39 to the second gate driver via the bootstrap circuit 40, and similarly, power is supplied to the other m-th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied from the capacitor 42 in the bootstrap circuit 41 connected to the mth gate driver to the (m + 1) th to (2m−2) th gate drivers via the bootstrap circuit at each stage. Thus, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the number of levels m, and power is supplied from one shared power supply 39 to all gate drivers. Enable.

図20は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図18に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。1つの共用電源39から、ブートストラップ回路40を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第mゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続されるブートストラップ回路41内のコンデンサ42から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源39から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 20 shows a flying capacitor type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 18 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from one shared power supply 39 to the second gate driver via the bootstrap circuit 40, and similarly, power is supplied to the other m-th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied from the capacitor 42 in the bootstrap circuit 41 connected to the mth gate driver to the (m + 1) th to (2m−2) th gate drivers via the bootstrap circuit at each stage. Thus, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the number of levels m, and power is supplied from one shared power supply 39 to all gate drivers. Enable.

(ゲートドライバへの電源供給例4)
図21は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源43乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子45と第mインターフェース回路の電源供給端子46と共用電源43の接地側端子44を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子48と第2インターフェース回路の電源供給端子49と第mインターフェース回路の電源供給端子50と共用電源43の高圧側端子47を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子51と上段の第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子52までを接続する。これにより、1つの共用電源43から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 4 of power supply to gate driver)
FIG. 21 shows a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to one shared power supply 43 to another interface circuit. The power supply terminal 45 of the first interface circuit, the power supply terminal 46 of the mth interface circuit, and the ground side terminal 44 of the common power supply 43 are connected, and the power supply terminal 48 of the first interface circuit and the power supply terminal of the second interface circuit. 49 and a power supply terminal 50 of the m interface circuit for connecting the high pressure side terminal 47 of the common power supply 43. Further, the power supply terminal 51 of the m-th interface circuit and the power supply terminal 52 of the upper (2m-2) -th interface circuit are connected. As a result, power can be supplied from one shared power supply 43 to all the gate drivers via each interface circuit.

図22は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図21に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路と、ダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路の併用で実現したものである。1つの共用電源53から、ブートストラップ回路54を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(m−1)ゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。また、第mゲートドライバへはチャージポンプ回路55により、主回路のスイッチングとは独立に電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続されるチャージポンプ回路55内のコンデンサ56から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは3つとすることができ、さらに第mから第(2m−2)ゲートドライバに安定して電荷を供給することができ、1つの共用電源53から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 22 shows a diode clamp type multi-level power conversion circuit combined with the interface circuit shown in FIG. 21 in combination with a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor and a charge pump circuit composed of a diode, a capacitor and a semiconductor switch. It has been realized. Power is supplied from one shared power supply 53 to the second gate driver via the bootstrap circuit 54, and similarly, power is supplied to the other (m−1) th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied to the m-th gate driver by the charge pump circuit 55 independently of the switching of the main circuit. Further, power is supplied from the capacitor 56 in the charge pump circuit 55 connected to the m-th gate driver to the (m + 1) -th to (2m-2) -th gate driver via the bootstrap circuit at each stage. As a result, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be set to one or three regardless of the number m of levels, and further stable from the mth to the (2m-2) th gate driver. Thus, electric charges can be supplied, and power can be supplied from one shared power supply 53 to all gate drivers.

図23は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図21に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路と、ダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路の併用で実現したものである。1つの共用電源53から、ブートストラップ回路54を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(m−1)ゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。また、第mゲートドライバへはチャージポンプ回路55により、主回路のスイッチングとは独立に電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続されるチャージポンプ回路55内のコンデンサ56から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは3つとすることができ、さらに第mから第(2m−2)ゲートドライバに安定して電荷を供給することができ、1つの共用電源53から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 23 shows a combination of a flying capacitor type multi-level power conversion circuit, the interface circuit shown in FIG. 21 with a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor, and a charge pump circuit composed of a diode, a capacitor and a semiconductor switch. It has been realized. Power is supplied from one shared power supply 53 to the second gate driver via the bootstrap circuit 54, and similarly, power is supplied to the other (m−1) th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied to the m-th gate driver by the charge pump circuit 55 independently of the switching of the main circuit. Further, power is supplied from the capacitor 56 in the charge pump circuit 55 connected to the m-th gate driver to the (m + 1) -th to (2m-2) -th gate driver via the bootstrap circuit at each stage. As a result, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be set to one or three regardless of the number m of levels, and further stable from the mth to the (2m-2) th gate driver. Thus, electric charges can be supplied, and power can be supplied from one shared power supply 53 to all gate drivers.

(ゲートドライバへの電源供給例5)
図24は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源57乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子59と共用電源57の接地側端子58を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子61と第2インターフェース回路の電源供給端子62と第mインターフェース回路の電源供給端子63と共用電源57の高圧側端子60を接続する。さらに、第2から第(m−1)インターフェース回路とそれぞれ(m−1)段上のインターフェース回路の電源供給端子を接続する。これにより、1つの共用電源57から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 5 of power supply to gate driver)
FIG. 24 shows a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to one shared power supply 57 to another interface circuit. The power supply terminal 59 of the first interface circuit and the ground side terminal 58 of the common power supply 57 are connected, the power supply terminal 61 of the first interface circuit, the power supply terminal 62 of the second interface circuit, and the power supply terminal of the mth interface circuit. 63 and connecting the high pressure side terminal 60 of the common power supply 57. Further, the power supply terminals of the second to (m−1) th interface circuits and the interface circuits on the (m−1) th stage are connected. As a result, power can be supplied from one shared power source 57 to all gate drivers via each interface circuit.

図25は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図24に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。1つの共用電源64から、ブートストラップ回路65を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第mゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。また、第2から第(m−1)ゲートドライバに接続されるブートストラップ回路内のコンデンサ66や67等から、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへとブートストラップ回路を介して電源が供給される。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源64から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 25 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 24 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from one shared power supply 64 to the second gate driver via the bootstrap circuit 65, and similarly, power is supplied to the other mth gate driver via the bootstrap circuit. In addition, the capacitors 66 and 67 in the bootstrap circuit connected to the second to (m−1) th gate driver from the (m + 1) th to (2m−2) th gate driver via the bootstrap circuit. Power is supplied. As a result, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the level number m, and power is supplied from one shared power supply 64 to all gate drivers. Enable.

図26は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図24に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。1つの共用電源64から、ブートストラップ回路65を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第mゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。また、第2から第(m−1)ゲートドライバに接続されるブートストラップ回路内のコンデンサ66や67等から、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへとブートストラップ回路を介して電源が供給される。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源64から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 26 shows a flying capacitor type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 24 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from one shared power supply 64 to the second gate driver via the bootstrap circuit 65, and similarly, power is supplied to the other mth gate driver via the bootstrap circuit. In addition, the capacitors 66 and 67 in the bootstrap circuit connected to the second to (m−1) th gate driver from the (m + 1) th to (2m−2) th gate driver via the bootstrap circuit. Power is supplied. As a result, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the level number m, and power is supplied from one shared power supply 64 to all gate drivers. Enable.

(ゲートドライバへの電源供給例6)
図27は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源68乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。共用電源68は3つの端子を備え、74は電源の高圧側端子、69は電源の接地側端子、71はインターフェース回路の充放電を制御するスイッチング素子の高圧側に接続されており、該スイッチング素子の低圧側は接地側端子と共通電位である。第1インターフェース回路の電源供給端子70と共用電源68の接地側端子69を接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子72から第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子73までの各インターフェース回路の電源供給端子と共用電源68の共用電源の接地側端子71を接続する。また、第1インターフェース回路の電源供給端子75と第2インターフェース回路の電源供給端子76と共用電源68の高圧側端子74を接続する。さらに第2インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路まで1つずつ電源供給端子により接続する。これにより、1つの共用電源68から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 6 of power supply to gate driver)
FIG. 27 shows a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to one shared power supply 68 or another interface circuit. The common power source 68 includes three terminals, 74 is a high-voltage side terminal of the power source, 69 is a ground-side terminal of the power source, and 71 is connected to the high-voltage side of the switching element that controls charging / discharging of the interface circuit. The low-voltage side is common potential with the ground-side terminal. Each interface circuit from the power supply terminal 72 of the second interface circuit to the power supply terminal 73 of the (2m-2) th interface circuit is connected to the power supply terminal 70 of the first interface circuit and the ground side terminal 69 of the common power supply 68. Are connected to the ground-side terminal 71 of the common power source of the common power source 68. Further, the power supply terminal 75 of the first interface circuit, the power supply terminal 76 of the second interface circuit, and the high voltage side terminal 74 of the common power supply 68 are connected. Further, the second interface circuit to the (2m-2) th interface circuit are connected one by one through the power supply terminal. As a result, power can be supplied from one shared power supply 68 to all the gate drivers via each interface circuit.

図28は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図27に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路で実現したものである。1つの共用電源78から、チャージポンプ回路79を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(2m−2)ゲートドライバまでチャージポンプ回路を介して電源が供給される。チャージポンプ回路に必要な半導体スイッチ80と信号発生器81を共通で使用するために、共用電源部77の内部に設置した。これにより、インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、1つの共用電源78から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 28 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 27 is realized by a charge pump circuit including a diode, a capacitor, and a semiconductor switch. Power is supplied from one shared power supply 78 to the second gate driver via the charge pump circuit 79, and similarly, power is supplied to the other (2m-2) gate driver via the charge pump circuit. In order to use the semiconductor switch 80 and the signal generator 81 necessary for the charge pump circuit in common, they are installed inside the common power supply unit 77. This eliminates the need for a signal generator in the interface circuit, simplifies the configuration of each interface circuit, and enables power supply from one shared power supply 78 to all gate drivers.

図29は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図27に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成されるチャージポンプ回路で実現したものである。1つの共用電源78から、チャージポンプ回路79を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(2m−2)ゲートドライバまでチャージポンプ回路を介して電源が供給される。チャージポンプ回路に必要な半導体スイッチ80と信号発生器81を共通で使用するために、共用電源78の内部に設置した。これにより、主回路のスイッチングとは独立に、インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、1つの共用電源78から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 29 shows a flying capacitor type multi-level power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 27 is realized by a charge pump circuit composed of a diode, a capacitor, and a semiconductor switch. Power is supplied from one shared power supply 78 to the second gate driver via the charge pump circuit 79, and similarly, power is supplied to the other (2m-2) gate driver via the charge pump circuit. In order to use the semiconductor switch 80 and the signal generator 81 necessary for the charge pump circuit in common, they are installed inside the common power supply 78. This eliminates the need for a signal generator in the interface circuit independently of the switching of the main circuit, simplifies the configuration of each interface circuit, and enables power supply from one shared power supply 78 to all gate drivers. To do.

(ゲートドライバへの電源供給例7)
図30は、図1に示したインターフェース回路を、2つの共用電源82乃至83、または他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子85と共用電源82の接地側端子84を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子87と第2インターフェース回路の電源供給端子88と第mインターフェース回路の電源供給端子89と共用電源82の高圧側端子86を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子91と共用電源83の接地側端子90を接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子93から第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子94までと共用電源83の高圧側端子92を接続する。これにより、2つの共用電源82および83から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 7 of power supply to gate driver)
FIG. 30 is a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to two shared power supplies 82 to 83 or another interface circuit. The power supply terminal 85 of the first interface circuit and the ground side terminal 84 of the common power supply 82 are connected, the power supply terminal 87 of the first interface circuit, the power supply terminal 88 of the second interface circuit, and the power supply terminal of the mth interface circuit. 89 and connecting the high pressure side terminal 86 of the common power supply 82. Further, the power supply terminal 91 of the m-th interface circuit and the ground side terminal 90 of the common power supply 83 are connected to share from the power supply terminal 93 of the m-th interface circuit to the power supply terminal 94 of the (2m-2) -th interface circuit. connecting the high pressure side terminal 92 of the power supply 83. As a result, power can be supplied from the two shared power supplies 82 and 83 to all the gate drivers via each interface circuit.

図31は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図30に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。共用電源95から、ブートストラップ回路96を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(m−1)ゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続される共用電源97から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数mとは無関係に1つとすることができ、2つの共用電源95および97から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 31 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 30 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from the shared power supply 95 to the second gate driver via the bootstrap circuit 96, and similarly, power is supplied to the other (m−1) th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied from the common power source 97 connected to the m-th gate driver to the (m + 1) -th to (2m-2) -th gate driver via the bootstrap circuit at each stage. As a result, one diode can be passed through when supplying power to the gate driver regardless of the number m of levels, and power can be supplied from the two shared power supplies 95 and 97 to all gate drivers. .

図32は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図30に示したインターフェース回路をダイオードとコンデンサで構成されるブートストラップ回路で実現したものである。共用電源95から、ブートストラップ回路96を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の第(m−1)ゲートドライバまでブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続される共用電源97から各段のブートストラップ回路を介して電源を供給する。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数mとは無関係に1つとすることができ、2つの共用電源95および97から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 32 shows a flying capacitor type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 30 is realized by a bootstrap circuit composed of a diode and a capacitor. Power is supplied from the shared power supply 95 to the second gate driver via the bootstrap circuit 96, and similarly, power is supplied to the other (m−1) th gate driver via the bootstrap circuit. Further, power is supplied from the common power source 97 connected to the m-th gate driver to the (m + 1) -th to (2m-2) -th gate driver via the bootstrap circuit at each stage. As a result, one diode can be passed through when supplying power to the gate driver regardless of the number m of levels, and power can be supplied from the two shared power supplies 95 and 97 to all gate drivers. .

(ゲートドライバへの電源供給例8)
図33は、図1に示したインターフェース回路を、共用電源なしで主回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子98と第1スイッチの高圧側99を接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子100と第2スイッチの高圧側101を接続し、以上同様にして、第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子102と第(2m−2)スイッチの高圧側103を接続する。これにより、共用電源なしで、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
(Example 8 of power supply to gate driver)
FIG. 33 shows a multi-level power converter gate drive circuit that supplies power to the gate driver by connecting the interface circuit shown in FIG. 1 to the main circuit without a common power supply. The power supply terminal 98 of the first interface circuit and the high-voltage side 99 of the first switch are connected, the power supply terminal 100 of the second interface circuit and the high-voltage side 101 of the second switch are connected, and so on. -2) Connect the power supply terminal 102 of the interface circuit to the high voltage side 103 of the (2m-2) th switch. As a result, it is possible to supply power to all the gate drivers via each interface circuit without using a common power source.

図34は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路に、図33に示したインターフェース回路をダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したものである。自己給電回路とは、主回路の半導体スイッチのスイッチングに伴う電位変動により、専用電源を使わずに内部に備えるコンデンサを充電し、ゲートドライバに電力を供給する回路である。半導体スイッチの高圧側104と自己給電回路105を接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と自己給電回路を接続する。これにより、主回路のスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 34 shows a diode clamp type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 33 is realized by a self-feeding circuit including a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch. A self-feeding circuit is a circuit that charges an internal capacitor without using a dedicated power source and supplies power to a gate driver due to potential fluctuations accompanying switching of a semiconductor switch of a main circuit. The high-voltage side 104 of the semiconductor switch and the self-feed circuit 105 are connected, and the high-voltage side of all the semiconductor switches and the self-feed circuit are connected in the same manner. As a result, it is possible to supply power to all the gate drivers without using a shared power supply by utilizing the switching of the main circuit.

図35は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路に、図33に示したインターフェース回路をダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したものである。半導体スイッチの高圧側104と自己給電回路105を接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と自己給電回路を接続する。これにより、主回路のスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 35 shows a flying capacitor type multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 33 is realized by a self-feeding circuit including a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch. The high-voltage side 104 of the semiconductor switch and the self-feed circuit 105 are connected, and the high-voltage side of all the semiconductor switches and the self-feed circuit are connected in the same manner. As a result, it is possible to supply power to all the gate drivers without using a shared power supply by utilizing the switching of the main circuit.

図36は、カスケード接続型マルチレベル電力変換回路に、図33に示したインターフェース回路をダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したものである。カスケード接続型マルチレベル電力変換器とは、2つの相から構成される単相フルブリッジ回路の出力端子を直列に接続することで実現するマルチレベル電力変換回路である。半導体スイッチの高圧側104と自己給電回路105を接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と自己給電回路を接続する。これにより、主回路のスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。   FIG. 36 shows a cascade-connected multilevel power conversion circuit in which the interface circuit shown in FIG. 33 is realized by a self-feeding circuit including a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch. A cascade connection type multilevel power converter is a multilevel power conversion circuit realized by connecting output terminals of a single-phase full-bridge circuit composed of two phases in series. The high-voltage side 104 of the semiconductor switch and the self-feed circuit 105 are connected, and the high-voltage side of all the semiconductor switches and the self-feed circuit are connected in the same manner. As a result, it is possible to supply power to all the gate drivers without using a shared power supply by utilizing the switching of the main circuit.

(信号絶縁例1)
図37は、図1に示したインターフェース回路のダイオードクランプ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
(Signal insulation example 1)
FIG. 37 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a diode clamp type multilevel circuit. At this time, as shown in the figure, the signal output from the signal source 106 at a common potential is signal-isolated by a level shift circuit, thereby enabling switching by each gate driver.

図38は、図1に示したインターフェース回路のフライングキャパシタ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。   FIG. 38 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a flying capacitor type multilevel circuit. At this time, as shown in the figure, the signal output from the signal source 106 at a common potential is signal-isolated by a level shift circuit, thereby enabling switching by each gate driver.

図39は、図1に示したインターフェース回路のカスケード接続型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。   FIG. 39 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a cascade-connected multilevel circuit. At this time, as shown in the figure, the signal output from the signal source 106 at a common potential is signal-isolated by a level shift circuit, thereby enabling switching by each gate driver.

(信号絶縁例2)
図40は、図1に示したインターフェース回路のダイオードクランプ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
(Signal insulation example 2)
FIG. 40 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a diode clamp type multilevel circuit. At this time, as shown in the figure, the signals output from the signal source 106 at a common potential are signal-insulated by magnetic coupling, thereby enabling switching by each gate driver.

図41は、図1に示したインターフェース回路のフライングキャパシタ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。   FIG. 41 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a flying capacitor type multi-level circuit. At this time, as shown in the figure, the signals output from the signal source 106 at a common potential are signal-insulated by magnetic coupling, thereby enabling switching by each gate driver.

図42は、図1に示したインターフェース回路のカスケード接続型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。   FIG. 42 shows an application example of the interface circuit shown in FIG. 1 to a cascade-connected multilevel circuit. At this time, as shown in the figure, the signals output from the signal source 106 at a common potential are signal-insulated by magnetic coupling, thereby enabling switching by each gate driver.

なお、本発明は、主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部を備え、前記インターフェース回路にそれぞれ設けられた1つまたは複数の電力供給端子を介して、スイッチ数よりも少ない共用電源又は主回路から前記ゲートドライブ部に電力を供給し、前記ゲートドライブ部に信号を伝達する信号源を備えて、該信号源から各ゲートドライバへの信号を、それぞれ絶縁を取って伝達することを特徴とする電力変換装置であれば、図15、図18、図21、図24、図27、図30、図33に記載した構成の以下の電力変換装置を含むものである。The present invention includes an individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of a gate driver and an interface circuit connected to each of a plurality of switches in a power conversion device in which a main circuit is composed of a plurality of switches. The power is supplied to the gate drive unit from the common power source or the main circuit, which is smaller than the number of switches, via one or a plurality of power supply terminals respectively provided in the interface circuit, and the signal is transmitted to the gate drive unit. 15, FIG. 18, FIG. 21, FIG. 24, and FIG. 15, FIG. 15, FIG. 21, FIG. 24, and FIG. The following power converters having the configurations described in FIGS. 27, 30, and 33 are included.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aと電源供給端子2-bを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aと電源供給端子(2m−2)-bを備え、共用電源は高圧側端子と接地側端子を備え、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch has a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch has a power supply terminal 2-a and a power supply. The (2m-2) -th interface circuit including the terminal 2-b and connected to the (2m-2) -th switch includes a power supply terminal (2m-2) -a and a power supply terminal (2m-2) -b. The common power supply has a high-voltage side terminal and a ground-side terminal.
第1インターフェース回路の電源供給端子1-bと第2インターフェース回路の電源供給端子2-bと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-bと共用電源の接地側端子1-bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aと共用電源の高圧側端子とを接続し、1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブを備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit, the power supply terminal 2-b of the second interface circuit, the power supply terminal (2m-2) -b of the (2m-2) interface circuit, and the ground side terminal of the common power supply 1-b is connected, the power supply terminal 1-a of the first interface circuit, the power supply terminal 2-a of the second interface circuit, and the power supply terminal (2m-2) -a of the (2m-2) th interface circuit. And a high voltage side terminal of the common power source, a gate drive for supplying power to each gate driver through a plurality of interface circuits from one common power source.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3-aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)-aを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m-aと電源供給端子m-bを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)-aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aを備え、共用電源は高圧側端子と接地側端子を備え、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch includes a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch includes a power supply terminal 2-a. The third interface circuit connected to the third switch includes a power supply terminal 3-a, and the (m-1) th interface circuit connected to the (m-1) switch is the power supply terminal (m-1)-. the m-th interface circuit connected to the m-th switch has a power supply terminal m-a and a power supply terminal m-b, and is connected to the (m + 1) -th switch. The interface circuit has a power supply terminal (m + 1) -a, and the (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch has a power supply terminal (2m-2) -a. Has a high voltage side terminal and a ground side terminal,
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)-aと第mインターフェース回路の電源供給端子m-bと共用電源の高圧側端子とを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m-aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aを接続し、1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit is connected to the ground side terminal of the common power supply, and the power supply terminal 1-a of the first interface circuit, the power supply terminal 2-a of the second interface circuit, and the (m− 1) The power supply terminal (m-1) -a of the interface circuit, the power supply terminal m-b of the m-th interface circuit, and the high-voltage side terminal of the common power supply are connected, and the power supply terminal ma of the m-th interface circuit Are connected to the power supply terminal (m + 1) -a of the (m + 1) th interface circuit and the power supply terminal (2m-2) -a of the (2m-2) th interface circuit, and a plurality of interface circuits are passed from one shared power supply. A gate drive circuit for supplying power to each gate driver is provided.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3-aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)-aを備え、第mインターフェース回路は電源供給端子m-aと電源供給端子m-bと電源供給端子m-cを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)-aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aを備え、共用電源は高圧側端子と接地側端子を備え、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch includes a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch includes a power supply terminal 2-a. The third interface circuit connected to the third switch includes a power supply terminal 3-a, and the (m-1) th interface circuit connected to the (m-1) switch is the power supply terminal (m-1)-. The m-th interface circuit includes a power supply terminal ma, a power supply terminal m-b, and a power supply terminal mc, and is connected to the (m + 1) th switch. The face circuit has a power supply terminal (m + 1) -a, the (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch has a power supply terminal (2m-2) -a, and the shared power supply is It has a high-voltage side terminal and a ground-side terminal,
第1インターフェース回路の電源供給端子1-bと共用電源の接地側端子1-bと第mインターフェース回路の電源供給端子m-cとを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)-aと第mインターフェース回路の電源供給端子m-bと共用電源の高圧側端子とを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m-aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aとを接続し、1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit, the ground-side terminal 1-b of the common power supply, and the power supply terminal mc of the m-th interface circuit are connected, and the power supply terminal 1-a of the first interface circuit is connected. The power supply terminal 2-a of the second interface circuit, the power supply terminal (m-1) -a of the (m-1) th interface circuit, the power supply terminal mb of the mth interface circuit, and the high-voltage side terminal of the common power supply And the power supply terminal ma of the mth interface circuit, the power supply terminal (m + 1) -a of the (m + 1) th interface circuit, and the power supply terminal (2m-2) of the (2m-2) th interface circuit. -a and a gate drive circuit that supplies power to each gate driver through a plurality of interface circuits from one shared power supply.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aと電源供給端子2-bを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)-aと電源供給端子(m−1)-bを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m-aを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)-aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aを備え、共用電源は高圧側端子と接地側端子を備え、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch has a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch has a power supply terminal 2-a and a power supply. The (m−1) th interface circuit including the terminal 2-b and connected to the (m−1) th switch includes a power supply terminal (m−1) -a and a power supply terminal (m−1) -b. The m-th interface circuit connected to the m-th switch has a power supply terminal m-a, and the (m + 1) -th interface circuit connected to the (m + 1) -th switch has a power supply terminal (m + 1) -a. For example, the (2m-2) the (2m-2) interface circuit connected to the switch comprises a power supply terminal (2m-2) -a, a shared power supply including a ground-side terminal and the high voltage side terminal,
第1インターフェース回路の電源供給端子1-bと共用電源の接地側端子1-bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-bと第3インターフェース回路の電源供給端子3-bと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)-bと第mインターフェース回路の電源供給端子m-aと共用電源の高圧側端子とを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)-aとを接続し、第3インターフェース回路の電源供給端子3-aと第(m+2)インターフェース回路の電源供給端子(m+2)-aとを接続し、第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aとを接続し、1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit and the ground side terminal 1-b of the common power supply are connected, the power supply terminal 1-a of the first interface circuit, the power supply terminal 2-b of the second interface circuit, and the first A power supply terminal 3-b of the 3 interface circuit, a power supply terminal (m-1) -b of the (m-1) th interface circuit, a power supply terminal ma of the mth interface circuit, and a high voltage side terminal of the common power supply And the power supply terminal 2-a of the second interface circuit and the power supply terminal (m + 1) -a of the (m + 1) th interface circuit are connected, and the power supply terminal 3-a of the third interface circuit and the ( m + 2) The power supply terminal (m + 2) -a of the interface circuit is connected, and the power supply terminal (m-1) -a of the (m-1) th interface circuit is connected to the (2m-2) th interface. Over scan circuit of the power supply terminal (2m-2) connecting the -a, through a plurality interface circuits from one common power, characterized by comprising a gate drive circuit for supplying power to each gate driver.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. ,
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aと電源供給端子2-bと電源供給端子2-cを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3-aと電源供給端子3-bと電源供給端子3-cを備え、第(2m−3)スイッチに接続される第(2m−3)インターフェース回路は電源供給端子(2m−3)-aと電源供給端子(2m−3)-bと電源供給端子(2m−3)-cを備え、第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aと電源供給端子(2m−2)-bを備え、共用電源は高圧側端子と第1の接地側端子と第2の接地側端子を備え、The first interface circuit connected to the first switch has a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch is a power supply terminal 2-a and a power supply terminal. The third interface circuit connected to the third switch includes a power supply terminal 3-a, a power supply terminal 3-b, and a power supply terminal 3-c. 2m-3) The (2m-3) interface circuit connected to the switch includes a power supply terminal (2m-3) -a, a power supply terminal (2m-3) -b, and a power supply terminal (2m-3) -c. The (2m-2) interface circuit includes a power supply terminal (2m-2) -a and a power supply terminal (2m-2) -b, and the shared power supply includes a high voltage side terminal and a first ground side terminal. A second ground side terminal;
第1インターフェース回路の電源供給端子1-bと共用電源の第2の接地側端子とを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-cと共用電源の高圧側端子とを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第3インターフェース回路の電源供給端子3-cとを接続し、第(2m−4)インターフェース回路の電源供給端子(2m−4)-aと第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)-cとを接続し、第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-bとを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2-bと第3インターフェース回路の電源供給端子3-bと第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)-bと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aと共用電源の第1の接地側端子とを接続し、1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit and the second ground side terminal of the shared power supply are connected, and the power supply terminal 1-a of the first interface circuit and the power supply terminal 2-c of the second interface circuit are connected. The high-voltage side terminal of the common power supply is connected, the power supply terminal 2-a of the second interface circuit is connected to the power supply terminal 3-c of the third interface circuit, and the power supply of the (2m-4) interface circuit The terminal (2m-4) -a and the power supply terminal (2m-3) -c of the (2m-3) interface circuit are connected to each other, and the power supply terminal (2m-3) of the (2m-3) interface circuit is connected. -a is connected to the power supply terminal (2m-2) -b of the (2m-2) th interface circuit, the power supply terminal 2-b of the second interface circuit and the power supply terminal 3 of the third interface circuit -b and (2m-3) interface circuit power supply terminal (2m-3) -b and (2m-2) interface circuit power supply terminal (2m-2) -a and common power supply first ground A gate drive circuit is provided which is connected to the side terminal, passes through a plurality of interface circuits from one shared power supply, and supplies power to each gate driver.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aと電源供給端子1-bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3-aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)-aを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m-aと電源供給端子m-bを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)-aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aを備え、第1の共用電源は第1の高圧側端子と第1の接地側端子を備え、第2の共用電源は第2の高圧側端子と第2の接地側端子を備え、According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch includes a power supply terminal 1-a and a power supply terminal 1-b, and the second interface circuit connected to the second switch includes a power supply terminal 2-a. The third interface circuit connected to the third switch includes a power supply terminal 3-a, and the (m-1) th interface circuit connected to the (m-1) switch is the power supply terminal (m-1)-. the m-th interface circuit connected to the m-th switch has a power supply terminal m-a and a power supply terminal m-b, and is connected to the (m + 1) -th switch. The interface circuit has a power supply terminal (m + 1) -a, the (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch has a power supply terminal (2m-2) -a, The common power source includes a first high-voltage side terminal and a first ground side terminal, and the second common power source includes a second high-voltage side terminal and a second ground side terminal.
第1インターフェース回路の電源供給端子1-bと共用電源の接地側端子1-bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1-aと第2インターフェース回路の電源供給端子2-aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)-aと第1の共用電源の第1の高圧側端子とを接続し、主回路の第mスイッチの低電位側と第mインターフェース回路の電源供給端子m-bと第2の共用電源の接地側端子2-bとを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m-aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)-aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aと第2の共用電源の第2の高圧側端子とを接続し、2つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。  The power supply terminal 1-b of the first interface circuit and the ground side terminal 1-b of the common power supply are connected, the power supply terminal 1-a of the first interface circuit, the power supply terminal 2-a of the second interface circuit, and the first (M-1) The power supply terminal (m-1) -a of the interface circuit is connected to the first high-voltage side terminal of the first shared power supply, and the low potential side of the m-th switch of the main circuit and the m-th interface The power supply terminal m-b of the circuit is connected to the ground-side terminal 2-b of the second shared power supply, and the power supply terminal ma of the m-th interface circuit and the power supply terminal (m + 1) of the (m + 1) th interface circuit ) -A is connected to the power supply terminal (2m-2) -a of the (2m-2) -th interface circuit and the second high-voltage side terminal of the second common power source, and a plurality of interface circuits are connected from the two common power sources. Through each gated A gate drive circuit for supplying power to the driver is provided.

本発明は、上記主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1-aを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2-aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)-aを備え、主回路の第1スイッチの高電位側と第1インターフェース回路の電源供給端子1-aとを接続し、主回路の第2スイッチの高電位側と第2インターフェース回路の電源供給端子2-aとを接続し、主回路の第(2m−2)スイッチの高電位側と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)-aとを接続し、共用電源を使わず、主回路から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えたことを特徴とする。According to the present invention, in the power conversion device in which the main circuit is composed of a plurality of switches, a multi-level power converter having m conversion levels is configured by the plurality of switches including the first switch to the (2m-2) switch. The first interface circuit connected to the first switch has a power supply terminal 1-a, the second interface circuit connected to the second switch has a power supply terminal 2-a, and the (2m-2) switch The (2m-2) interface circuit connected to the power supply terminal has a power supply terminal (2m-2) -a, and connects the high potential side of the first switch of the main circuit and the power supply terminal 1-a of the first interface circuit. The high-potential side of the second switch of the main circuit and the power supply terminal 2-a of the second interface circuit are connected, and the high-potential side of the (2m-2) switch of the main circuit and the (2m- ) A gate drive circuit for connecting the power supply terminal (2m-2) -a of the interface circuit and supplying a power to each gate driver through a plurality of interface circuits from the main circuit without using a common power supply is provided. Features.

複数のスイッチに専用電源を用いないインターフェース回路とゲートドライバにより構成されるゲートドライブ部と共用電源と信号源で構成される電力変換装置。A power conversion device including a gate drive unit configured by an interface circuit that does not use a dedicated power source for a plurality of switches, a gate driver, a common power source, and a signal source. 従来の2レベル三相インバータの構成図。The block diagram of the conventional 2 level three phase inverter. 従来の2レベル単相インバータの構成図。The block diagram of the conventional 2 level single phase inverter. 従来の2レベルDCDCコンバータの構成図。The block diagram of the conventional 2 level DCDC converter. 従来の2レベル三相―三相電力変換器の構成図。The block diagram of the conventional 2 level 3 phase-3 phase power converter. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図。The block diagram of the three-phase inverter of a diode clamp type multilevel power converter circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図。The block diagram of the three-phase inverter of a flying capacitor type multilevel power converter circuit. カスケード接続型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図。The block diagram of the three-phase inverter of a cascade connection type multilevel power converter circuit. マルチレベル電力変換回路のゲートドライブ回路の従来例の構成図。The block diagram of the prior art example of the gate drive circuit of a multilevel power converter circuit. 二相分の電源供給インターフェース回路の構成図。The block diagram of the power supply interface circuit for two phases. 三相分の電源供給インターフェース回路の構成図。The block diagram of the power supply interface circuit for three phases. 共用電源が1つで、インターフェース回路を直列接続する構成図。The block diagram which connects an interface circuit in series with one shared power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies a gate power supply by connecting a bootstrap circuit in series to a diode clamp type multi-level power converter circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by connecting a bootstrap circuit in series to a flying capacitor type multi-level power converter. 共用電源が1つで、各インターフェース回路へと並列に接続する構成図。The block diagram which connects to each interface circuit in parallel with one common power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にチャージポンプ回路の並列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power to a diode clamp type multi-level power converter circuit by connecting a charge pump circuit in parallel. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にチャージポンプ回路の並列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter for supplying gate power to a flying capacitor type multi-level power converter circuit by connecting a charge pump circuit in parallel. 共用電源が1つで、各インターフェース回路へと中間段を経由してゲート電源供給をする構成図。The block diagram which supplies a gate power supply to each interface circuit via an intermediate stage with one common power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続および直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power conversion device that supplies gate power to a diode clamp type multi-level power conversion circuit by connecting a bootstrap circuit in parallel and in series. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続および直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power conversion apparatus that supplies gate power to a flying capacitor type multi-level power conversion circuit by connecting a bootstrap circuit in parallel and in series. 共用電源が1つで、各インターフェース回路へと中間段を経由してゲート電源供給をする構成図。The block diagram which supplies a gate power supply to each interface circuit via an intermediate stage with one common power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by using a diode-clamp multilevel power converter circuit in parallel with a bootstrap circuit and a charge pump circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies a gate power supply by using a parallel connection of a bootstrap circuit and a charge pump circuit to a flying capacitor type multilevel power converter circuit. 共用電源が1つで、各インターフェース回路へと分散された中間段を経由してゲート電源供給をする構成図。The block diagram which supplies a gate power supply via the intermediate | middle stage distributed to each interface circuit with one common power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続および直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power conversion device that supplies gate power to a diode clamp type multi-level power conversion circuit by connecting a bootstrap circuit in parallel and in series. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続および直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power conversion apparatus that supplies gate power to a flying capacitor type multi-level power conversion circuit by connecting a bootstrap circuit in parallel and in series. 共用電源が1つで、インターフェース回路を直列接続する構成図。The block diagram which connects an interface circuit in series with one shared power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にチャージポンプ回路の直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by connecting a diode pump type multi-level power converter circuit in series with a charge pump circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にチャージポンプ回路の直列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power conversion device that supplies gate power to a flying capacitor type multi-level power conversion circuit by connecting a charge pump circuit in series. 共用電源が2つで、各インターフェース回路へと並列に接続する構成図。A configuration diagram in which two shared power supplies are connected in parallel to each interface circuit. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power to a diode-clamped multilevel power converter circuit by connecting a bootstrap circuit in parallel. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路にブートストラップ回路の並列接続によりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by connecting a bootstrap circuit in parallel to a flying capacitor type multi-level power converter. 共用電源を使わず、インターフェース回路を主回路に接続する構成図。The block diagram which connects an interface circuit to a main circuit, without using a common power supply. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することによりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter for supplying gate power by connecting a self-feed circuit to each gate drive unit of a diode clamp type multi-level power converter circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することによりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by connecting a self-feed circuit to each gate drive unit of a flying capacitor type multi-level power converter circuit. カスケード接続型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することによりゲート電源供給をする電力変換装置。A power converter that supplies gate power by connecting a self-feed circuit to each gate drive unit of a cascade-connected multi-level power converter. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive unit of a diode clamp type multi-level power conversion circuit by a level shift circuit. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive unit of a flying capacitor type multilevel power conversion circuit by a level shift circuit. カスケード接続型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive unit of a cascade connection type multi-level power conversion circuit by a level shift circuit. ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive part of a diode clamp type multi-level power conversion circuit by magnetic coupling. フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive part of a flying capacitor type multi-level power conversion circuit by magnetic coupling. カスケード接続型マルチレベル電力変換回路の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置。A power conversion device that realizes signal insulation to each gate drive unit of a cascade connection type multi-level power conversion circuit by magnetic coupling.

1 直列接続(主回路)1 Series connection (main circuit)
2 個別ゲートドライブ部2 Individual gate drive section
3、9、16、19、28、30、39、43、53、57、64、68、78、82、83、95、97 共用電源3, 9, 16, 19, 28, 30, 39, 43, 53, 57, 64, 68, 78, 82, 83, 95, 97 Shared power supply
4 信号出力部4 Signal output section
10、13〜15、21〜23、25〜27、32、34〜38、45、46、48〜52、59、61〜63、70、72、73、75、76、85、87〜89、91、93、94、98、100、102 電源供給端子10, 13-15, 21-23, 25-27, 32, 34-38, 45, 46, 48-52, 59, 61-63, 70, 72, 73, 75, 76, 85, 87-89, 91, 93, 94, 98, 100, 102 Power supply terminal
11、20、31、44、58、69、71、84、90 接地側端子11, 20, 31, 44, 58, 69, 71, 84, 90 Ground side terminal
12、24、33、47、60、74、86、92 高圧側端子12, 24, 33, 47, 60, 74, 86, 92 High voltage side terminal
17 ダイオード17 Diode
18、66、67 コンデンサ18, 66, 67 capacitors
29、55、79 チャージポンプ回路29, 55, 79 Charge pump circuit
40、54、65、96 ブートストラップ回路40, 54, 65, 96 Bootstrap circuit
80 半導体スイッチ80 Semiconductor switch
81 信号発生器81 Signal generator
105 自己給電回路105 Self-powered circuit
106 信号源106 Signal source

Claims (3)

第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、
前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、各々第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
有し、
前記第1インターフェース回路は単一の第1コンデンサから構成され、かつ、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれブートストラップ回路により構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1コンデンサの一端と前記第1インターフェース回路の第1の電源供給端子と前記第2インターフェース回路を構成する前記ブートストラップ回路内の第2ダイオードのアノードに接続された第1の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子接続、かつ、前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の接地側端子に接続し、j番目(ただし、j=2〜2m−3)の第jインターフェース回路を構成するブートストラップ回路内の第jダイオードのカソードと第jコンデンサと第jゲートドライバの電源入力との接続点に接続された第2の電源供給端子を第(j+1)インターフェース回路を構成するブートストラップ回路内の第(j+1)ダイオードのアノードに接続された第1の電源供給端子に接続することにより、
前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。
A main circuit having m conversion levels, which is configured by connecting in series (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) switch;
A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to the (2m-2) ) The first interface circuit having the first and second power supply terminals respectively connected to the switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence to the (2m) -2) An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of an interface circuit;
One common power source comprising a high-voltage side terminal and a ground-side terminal ;
A signal output unit for supplying signals separately to each of the first gate driver to the (2m-2) gate driver ;
The first interface circuit is composed of a single first capacitor, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are each composed of a bootstrap circuit ,
The individual gate drive unit is
The first of the first power supply terminal connected to the anode of the second diode in the bootstrap circuit constituting the second interface circuit and the power supply pin of one end and the first interface circuit of the first capacitor the door is connected to the high-voltage side terminal of the common power supply, and connect the other end of the first capacitor to the ground pin of the co power, j-th (where, j = 2~2m-3) The second power supply terminal connected to the connection point between the cathode of the jth diode in the bootstrap circuit constituting the jth interface circuit , the jth capacitor, and the power input of the jth gate driver is the (j + 1) th interface circuit. By connecting to the first power supply terminal connected to the anode of the (j + 1) th diode in the bootstrap circuit constituting
The power supply is separately supplied from the shared power source to the first gate driver to the (2m-2) gate driver connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. Yes,
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition , the power converter is configured to be shared by the main circuit and the individual gate drive unit .
前記主回路は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路であることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the main circuit is a diode clamp type multi-level power converter circuit. 前記主回路は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路であることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the main circuit is a flying capacitor type multi-level power converter circuit.
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